一种基于PIC单片机的测距系统

1、·40·仪表技术2011年第9期一种基于PIC单片机的测距系统常玉华，姚存治（郑州铁路职业技术学院，河南郑州450052）摘要：介绍一种基于PIC单片机控制的超声波测距系统，详细阐述了其硬件及软件的设计原理。该系统硬件结构简单、工作可靠、有良好的测试精度和灵敏度，可用于汽车倒车防撞装置、移动机器人、建筑工地及一些工业现场的位置监控，也可以用于液位、井深、管道长度等场合的测量。关键词：超声波；测距；控制中图分类号：TM9309文献标识码：A文章编号：10062394（2011）09004003AnUltrasonicDistanceMeasurementSystemBased

2、onPICMicroprocessorCHANGYu-hua，YAOCun-zhi（ZhengzhouRailwayVocationalandTechnicalCollege，Zhengzhou450052，China）Abstract：AsupersonicrangefindingsystembasedonPICchipcomputerisdiscussedinthisarticle，andtheprincinpleofhardwareandsoftwaredesignisdescribedindetailThesystemhassimplehardwarecircuit，goodmeasu

3、r-ingprecision，sensitivity，andcanworkreliablySoitcanbeusedformotorvehiclecollision，mobilerobot，buildingsite，andmeasureofliquidplace，depthofwell，lengthofpipingKeywords：ultrasonic；distancetesting；control使用超声波方式实现测距与红外线、激光等方式相比，它不受光线、被测对象颜色等影响；并且，由于超声波可以实现非接触的检测，所以，对于测量环境处于黑暗、有灰尘、烟雾、有毒等恶劣的环境下也可以正常使用。超声

4、波在空气中传播速度较慢，其回波较易检具有较高的分辨力；并且，检测迅速、方便，计测出来，算简单，易于做到实时控制，测量精度也能满足生产实际应用方面的要求。因此，这种测距方式被广泛地应用在工农业生产的各个方面。本文将系统地介绍一种基于PIC16F873单片机的超声波测距系统的硬件电路实现方式及软件设计思路。1PIC16F873单片机定时器PWRT和振荡器起振定时器OST；（3）有看门狗WDT；（4）可编程编码保护；（5）节电休眠SLEEP模式；（6）具有商业和工业温度范围；（7）带有SPITM和I2CTM的同步串行端口SSP；（8）具有4KB的FLASH程序存储器；（9）22条I/O口线；（10）

5、192字节数据存由于储器；（11）有5路10位A/D通道；特别地，PIC16F873具有128字节的EEPROM，因此，还可以用于设定参数需要经常修改的应用场合，可以实现在电路板上快速擦除和写入，最适合制作实验板。借助于实验板，在程序编写和调试过程中，可以方便地烧写程序和修改程序。2测距基本原理PIC16F873单片机是美国Microchip公司推出的一种高性价比单片机，是一种功能强大的微控制器，具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构，使指令只有单字长的特性。芯片引脚为28脚。可以为嵌入式控制系统提供高度灵活而有效的解决方案，其主要特点是：（1）具有上电复位POR功能；（

6、2）具有电源上升利用超声波的指向性较强及在传输过程中能量损耗较慢、反射能力强的优点，来设计制作超声波测距电路。首先，由超声波发射电路激励超声波传感器，使其产生超声波发射信号，向某一测距方向定向发射超声波。同时，单片机的计时器开始计时，发射信号一旦遇到障碍物就会产生回波，由超声波接收器收到有效反射回波后，利用硬件电路对回波进行一系列的处理后收稿日期：201106作者简介：常玉华（1979），女，硕士，研究方向为电气自动化、自动化控制、测控与信号。2011年第9期仪表技术·41·输出中断请求信号给单片机，单片机收到中断信号后停止计时。假设，超声波在空气中的传播速度为v（m/s）

7、，从超声波发射到接收回波的时间为t（s），则发射点距障碍物的距离s=vt/2（m）。在已知超声波在介质中的传播速度的情况下，测距电路设计的主要任务就是计算超声波从发射到接收到回波所需的时间。331系统设计系统的硬件电路设计如图1所示，超声测距系统由控制器CPU、显示电图1系统结构框图路、时钟振荡电路、发射电路、接收电路和超声波换能器等组成。测距系统选用PIC16F873单片机作为系统控制核心，以两个共振频率均为40kHz的超声波换能器分别做为发射端和接收端。311发射电路如图2所示，基本工作原理如下：首先，由单片机外接晶振与单片机配合产生高频振荡信号，经分频后由I/O口输出一系列40kHz的脉

8、冲信号群。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比，为了使测距范围足够远，因此，先对脉冲信号进行功率放大，然后去驱动超声波传感器。先将脉冲信号分两路，一路送入CD4011倒相后经V1放大送入CD4069，另一路直接经V2放大送入CD4069，这两路信号经CD4069进行功放后驱动超声波发射传感器产生一系列的超声波发射向目标物体，当第一个超声波脉冲发射后，单片机的计时器开始计时。图2发射电路原理图312接收电路如图3所示：超声波接收器收到回波后，利用超声采用三个共阳极的数码管进行距离数值显示，可以显示的范围为010999m。由于PIC16F873有足够的I/O口可供使用，所以在这个距离显示电路中没有

9、使用译码器，而是直接利用了单片机上的I/O口来进行译码显示，并利用3个三极管进行位选择。22系统的软件设计主程序流程图如图4所示：由PIC16F873的I/O口输出一系列的40kHz的脉冲信号驱动发射传感器发出超声波，同时，单片机计时器开始计时。发射的超声波信号一旦遇到障碍物就会产生回波，回波信号被超声波接收器接收到后，就利用硬件电路对回波进行一系列的处理后输出中断请求信号送给单片机，单片换能器将声波信号转化为电信号，由于回波信号较弱，所以先经CD1069进行前置放大，然后经带通滤波后送到UV471再次放大，最后采用比较器LF356使前级信号与基准信号进行比较，消除没有经过障碍物直接接收到的回

10、波信号，并配合后级CD4069对回波信号进行整形，整形后的方波中断请求信号输送给PIC16F873产生中断，计时器停止计时，并利用程序将时间转算为距离。313距离显示电路在显示距离的电路中本测距系统精度为厘米级，·42·仪表技术2011年第9期图3接收电路原理图机接收到中断信号后计时器停止计时。然后，由程序运算得出测量数据，并送LED进行译码显示出所测的距离值。性，因此，可用于汽车倒车防撞装置、移动机器人、建筑工地及一些工业现场的位置监控，也可以用于如液位、井深、管道长度等场合的测量。参考文献：1刘笃仁PIC软硬件系统设计基于PIC16F87X系列M北京：电子工业出版社，2

11、0052丁跃军，M北来清民，刘建华，等PIC单片机基础教程2005京：北京航空航天大学出版社，3董晓红单片机原理及接口技术M西安：西安电子科技2004大学出版社，（郁菁编发）櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚（上接第39页）杂的运动控制。参考文献：图4主程序流程图1齐珊多轴运动控制系统设计D天津：天津大学，20082李伟通用串行总线技术在数字运动控制中的应用研究D济南：山东大学，20073叶佩青，M北京：张辉PCL6045B运动控制与数控应用2007清华大学出版社，4徐朝阳运动控制器底层技术研究与开发D长沙：国防2003科学技术大学，5刘丹，傅建中基于ARM和PCL6045B的运动控制器设计J控制与检测，2006（3）：47496WeihaiChen，ZhaojinWen，ZhiyueXu，etalImplementationof3-axislinearinterpolationinaFPGA-based4-axismotioncontrollerJIndustrialElectronicsandApplications，2008（3）：13081313当接通电源使单片机进入工作状态后，由程序控制发出一系列40kHz的脉冲信号，驱动发射电路开始工作。同时，单片机内部的